CN102563516A - 光纤照明与led灯互补照明系统 - Google Patents

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李美成
刘佳
朱俊杰
刘冰燕
丁夕然
徐兢浩
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Abstract

本发明提出了一种将太阳光光纤传导照明与LED灯光照明互补混合的新型照明灯具系统。它包括光纤束、LED灯组、光纤耦合器、凹透镜、漫反射灯罩、抛光灯罩和照度稳定器。光纤束一端与光纤耦合器连接，另一端穿过灯具底座引至凹透镜上方，周围排布LED灯组；抛光灯罩与灯具底座相连，漫反射罩经锁扣与抛光灯罩相连；照度稳定器安装在侧墙上或者安装在灯具附近的位置。太阳光等自然光由光纤束传入灯具内，经凹透镜发散，透过漫反射罩射入室内。照度稳定器检测室内照度，并控制LED灯补充照明，使室内照度稳定在设定范围内。本发明克服了现有光纤照明灯具照明不稳定的缺陷，结构简单易于实施，可广泛用于家居、办公楼、地下室等场合。

Description

光纤照明与LED灯互补照明系统
技术领域
本发明涉及一种照明灯具系统，特别是一种太阳光光纤照明与LED照明互补灯具系统。
背景技术
照明是建筑能源消耗的重要部分，采用可再生能源离网发电照明技术是建筑节能的有效方式。随着太阳光光纤照明、LED照明等技术的发展，室内照明技术正逐步应用于城市建筑诸如写字楼、地下室、停车场等需要照明的场所。例如专利CN101545604，提出了利用光敏电阻的方法，开启LED灯照明，实现白天夜晚都可照明。但此方案仍存在缺陷，如单独应用光纤照明不稳定、开关切换过于频繁缩短灯具使用寿命、开关切换造成室内照明不稳定等。基于上述因素，我们提出太阳光光纤照明与LED照明一体化的照明方案，设计出了一种太阳光光纤照明与LED照明互补灯具系统。
发明内容
本发明针对现有光纤照明不稳定、自动化程度低等缺陷，设计了一种太阳光等自然光光纤传导照明与LED灯光均匀混合照明灯具，可为室内提供环保稳定的照明。
一种太阳光光纤照明与LED照明互补灯具系统，该灯具系统包括光纤束、LED灯组、凹透镜、凹透镜底座、法兰、照度稳定器、灯罩、灯具底座和光纤耦合器，灯具光纤束一端与外部光纤束通过光纤耦合器连接，另一端穿过灯具底座中心引至凹透镜上方，在灯具底座上排布LED灯组；灯罩由漫反射罩和抛光灯罩组成，抛光灯罩与灯具底座相连，漫反射罩与抛光灯罩相连；凹透镜底座与灯具底座相连，凹透镜用法兰固定在凹透镜底座上；照度稳定器安装在灯具系统所在室内，LED灯组与照度稳定器连接。
所述凹透镜底座和灯具底座优选由PC材料制作。
光纤束发光头处在凹透镜焦点位置。
所述照度稳定器通常安装在侧墙上或者安装在灯具附近的位置。
所述光纤束的直径为80～100mm，优选直径为80～90mm。
所述的LED灯组通常按五角或八角型等距排布在光纤束周围。
每个LED灯组通常由1～7个LED灯组成，灯具系统通常总共有8～40个额定功率为1～5W的LED灯。
所述的凹透镜直径为110～130mm，焦距为7～10mm。
所述的抛光灯罩高度为70～90mm。
所述的漫反射罩曲径为110～130mm。
本发明在现有的照明灯具中增加了光纤引出端。灯具中心为光纤束，其一端与光纤耦合器相连，便于与外部光纤束连接和灯具的安装、拆卸。另一端穿过灯具底座中心引至凹透镜上方，光纤束周围按五角或八角型布置LED灯组。
太阳光等自然光由光纤束传入灯具内，经凹透镜发散，透过漫反射罩射入室内。考虑到光纤束端口较细，光照范围有限，故在光纤束端部安装凹透镜，将光纤束的引入光线发散开，扩大散射角，再通过漫反射罩透射到室内提供照明。
采用抛光灯罩增强罩内光反射，减少了灯罩对光线的吸收，提高了光线利用率。
采用掺有荧光物质的漫反射罩，使光纤束导入的自然光与LED发出的光均匀混合，照明更加柔和、稳定。
本发明的照度稳定器是由光照度传感器再加上照度采集电路和控制稳定电路组成，用以检测室内照度，并控制LED灯补充照明，使室内照度稳定在设定范围内。
照度稳定器是根据光电效应，光电管采集光信号并将之转化为电信号，即流过光电管的电流随环境照度变化而改变。本发明利用此特性采集现场照度。根据现场光照度，以运算放大器为核心器件的伏安转换电路可将光电管的电流信号转换成电压信号，送入模数转换芯片，经模数转换后送入单片机。设置单片机内的算法程序，可据此电压信号数据计算出室内实时光照度值。
本发明的照度稳定器中设定一个室内照度阈值，照明系统必须使照度达到阈值以上。阈值可根据应用场合自行设定。根据国家标准，办公、一般家居室内光照度要求为300Lux，即可设阈值为300。在光纤导入的自然光照明下，当照度采集电路检测室内自然光的照度满足规定标准(即大于等于阈值)时，无需调节；当自然光的照度值达不到规定标准(即小于阈值)时，通过单片机阶梯调节流过LED的电流改变其发光功率来补充光照，实现室内照度重新稳定在阈值以上。
本发明的有益效果：与现有的新能源照明系统相比，增加反馈回路，可全天使室内照度稳定在设定值(满足国家标准)。考虑到天气突变等特殊情况，系统的稳定照度电路设计延时校正电路，将外部扰动的影响降低至最小。本发明为现有太阳光光纤照明设计了一种新型灯具，克服了现有光纤照明灯具照明不稳定的缺陷，结构简单易于实施，可广泛用于家居、办公楼、地下室等场合。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的LED灯组排布图A(办公室单间)；
图3为本发明的LED灯组排布图B(写字楼大型房间)；
图4为本发明的LED灯组排布图C(地下室)；
图5为照度稳定器的电路图；
图中标号：
1光纤束，2LED灯，3凹透镜，4凹凸镜底座，5法兰，6漫反射罩，8抛光灯罩，9灯具底座，10光纤耦合器，11外部光纤束。
具体实施方式
根据常见的三种不同的应用场合，实施方案如下：
实施例1
应用本发明灯具于办公室单间。室内面积约为20～40m2，需要灯具系统1～2个。如图1所示，太阳光光纤照明与LED照明互补灯具系统，该灯具系统由光纤束1、LED灯组2、凹透镜3、凹透镜底座4、法兰5、照度稳定器、灯罩、灯具底座9和光纤耦合器10组成，光纤束1一端与外部光纤束11通过光纤耦合器10连接，另一端穿过灯具底座9引至凹透镜3上方，在灯具底座9上排布LED灯组2；灯罩由漫反射罩6和抛光灯罩8组成，抛光灯罩8与灯具底座9相连，所述漫反射罩6经锁扣与抛光灯罩8相连；凹透镜底座4与灯具底座9相连，凹透镜3用法兰5固定在凹透镜底座4上；照度稳定器安装在灯具系统所在室内的侧墙上，LED灯组2与照度稳定器连接。
所述凹透镜底座4由PC材料制作，光纤束1发光头处在凹透镜3焦点位置。
所述照度稳定器安装在侧墙上。
所述灯具底座9由PC材料制作。
所述光纤束1的直径为90mm。
所述的凹透镜3直径为120mm，焦距为8mm。
所述的抛光灯罩8高度为80mm，
所述的漫反射罩6曲径为120mm。
采用抛光灯罩8增强罩内光反射，减少了灯罩对光线的吸收，提高了光线利用率。采用掺有荧光物质的漫反射罩，使光纤束导入的自然光与LED发出的光均匀混合，照明更加柔和、稳定。
如图2所示，光纤束1位于灯具底座9中心，以光纤端口为中心对称分布5个LED灯组，每个灯组由7个额定功率为1W的LED灯按同心圆形式以内圈1个外圈6个排列组成。本实施实例中灯具共利用7×5＝35个LED灯，底座直径约为27cm。
所述照度稳定器是由光照度传感器再加上照度采集电路和控制稳定电路组成，用以检测室内照度，并控制LED灯补充照明，使室内照度稳定在设定范围内。
照度稳定器是根据光电效应，光电管采集光信号并将之转化为电信号，利用此特性采集现场照度。根据现场光照度，以运算放大器为核心器件的伏安转换电路可将光电管的电流信号转换成电压信号，送入模数转换芯片，经模数转换后送入单片机。单片机内设置有的算法程序，根据所述电压信号数据计算出室内实时光照度值。
照度稳定器中设定室内照度阈值为300，在光纤导入的自然光照明下，当照度采集电路检测室内自然光的照度满足规定标准(即大于等于阈值300)时，无需调节；当自然光的照度值达不到规定标准(即小于阈值300)时，通过单片机阶梯调节调节流过LED的电流改变其发光功率来补充光照，实现室内照度重新稳定在阈值300以上。
实施例2
应用本发明灯具于写字楼中的大型房间。房间面积约为80～120m2，需要灯具系统8～12个。如图1所示，太阳光光纤照明与LED照明互补灯具系统，该灯具系统由光纤束1、LED灯组2、凹透镜3、凹透镜底座4、法兰5、照度稳定器、灯罩、灯具底座9和光纤耦合器10组成，光纤束1一端与外部光纤束11通过光纤耦合器10连接，另一端穿过灯具底座9引至凹透镜3上方，灯具底座上排布LED灯组2；灯罩由漫反射罩6和抛光灯罩8组成，抛光灯罩8与灯具底座9相连，所述漫反射罩6经锁扣与抛光灯罩8相连；凹透镜底座4与灯具底座9相连，凹透镜3用法兰5固定在凹透镜底座4上；照度稳定器安装在灯具系统所在室内灯具附近的位置，LED灯组2与照度稳定器连接。
所述照度稳定器是由光照度传感器再加上照度采集电路和控制稳定电路组成，照度稳定器的电路如图5所示，光敏二极管采集到光照信息，经过电流转电压电路及ADC模数转换电路，输入到主控芯片SPCE061中，主控芯片SPCE061经过数据处理计算出实时光照度值，并将实时光照度值与设定的照度阈值相比较，当大于等于阈值时，无需调节，当低于阈值时开启LED控制电路，并根据与阈值光照度差值大小通过脉冲宽度调制(PWM)调光控制LED亮度，使室内光照度维持在适宜范围内。
所述凹透镜底座4由PC材料制作，光纤束1发光头处在凹透镜3焦点位置。
所述灯具底座9由PC材料制作。
所述光纤束1的直径为80mm。
所述的凹透镜3直径为130mm，焦距为10mm。
所述的抛光灯罩8高度为9mm。
所述的漫反射罩6曲径为130mm。
如图3，光纤束1位于灯具底座9中心，以光纤端口为中心对称分布5个LED灯组，每个灯组由5个额定功率为3W的LED灯按同心圆形式以内圈1个外圈4个排列组成。本实施实例中灯具共利用5×5＝25个LED灯，底座直径约为27cm。
实施例3
应用本发明灯具于地下室。地下室面积约为800～1500m2，需要灯具系统16～30个。如图4，对于每个灯具系统，光纤束1位于灯具底座9中心，以光纤端口为中心对称分布8个额定功率为5W的LED灯。本实施实例中灯具共利用8×1＝8个LED灯，底座直径约为27cm。其它与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种光纤照明与LED照明互补灯具系统，其特征在于：该灯具系统包括光纤束(1)、LED灯组(2)、凹透镜(3)、凹透镜底座(4)、法兰(5)、照度稳定器、灯罩、灯具底座(9)和光纤耦合器(10)，灯具光纤束(1)一端与外部光纤束(11)通过光纤耦合器(10)连接，另一端穿过灯具底座(9)中心引至凹透镜(3)上方，在灯具底座(9)上排布LED灯组(2)；灯罩由漫反射罩(6)和抛光灯罩(8)组成，抛光灯罩(8)与灯具底座(9)相连，漫反射罩(6)与抛光灯罩(8)相连；凹透镜底座(4)与灯具底座(9)相连，凹透镜(3)用法兰(5)固定在凹透镜底座(4)上；照度稳定器安装在灯具系统所在室内，LED灯组(2)与照度稳定器连接。
2.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述光纤束(1)的发光头处在凹透镜(3)焦点位置。
3.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述照度稳定器安装在侧墙上或者安装在灯具附近的位置。
4.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述光纤束(1)的直径为80～100mm。
5.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述的LED灯组(2)按五角或八角型等距排布在光纤束(1)周围。
6.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：每个LED灯组由1～7个LED灯组成，灯具系统总共有8～40个额定功率为1～5W的LED灯。
7.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述的凹透镜(3)直径为110～130mm，焦距为7～10mm。
8.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述的抛光灯罩(8)高度为70～90mm。
9.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述的漫反射罩(6)曲径为110～130mm。
10.根据权利要求1所述的灯具系统，其特征在于：所述照度稳定器是由光照度传感器添加照度采集电路和控制稳定电路组成，照度稳定器通过以运算放大器为核心器件的伏安转换电路将光电管的电流信号转换成电压信号，送入模数转换芯片，经模数转换后送入单片机，所述单片机内设置有算法程序，可根据所述电压信号数据计算出室内实时光照度值；所述照度稳定器设定有室内照度阈值，当照度采集电路检测室内光的照度大于等于阈值时，无需调节；当光的照度值即小于阈值时，通过单片机阶梯调节流过LED的电流改变其发光功率来补充光照，实现室内照度重新稳定在阈值以上。
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